專利名稱:制造半導(dǎo)體器件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及制造半導(dǎo)體器件的方法，更具體而言，涉及一種制造半導(dǎo)體器件的方法，其中通過阻止等離子體侵蝕和氫(H2)的滲透可防止單元和周邊電路故障。
背景技術(shù)：
一般的絕緣層形成過程包括同時在單元區(qū)域和周邊區(qū)域形成溝槽以及利用氧化物層填充溝槽。由于器件的小型化，溝槽寬度變窄，但這使得對溝槽的填充變得困難。為解決此問題，采用下述方法。
第一，利用高能等離子體填充溝槽。第二，為改善填充能力，利用具有極高流量H2的HDP(高密度等離子體)氧化物層。第三，利用具有優(yōu)異填充能力的SOG(旋涂玻璃)。第四，在溝槽內(nèi)形成氮化物層。
如果利用上述方法填充溝槽，會出現(xiàn)以下問題。
第一，如果在溝槽填充過程中使用高能等離子體，等離子體侵蝕將不僅僅在溝槽的底部區(qū)域發(fā)生，而且在溝槽的側(cè)壁上發(fā)生。當(dāng)制造半導(dǎo)體器件時，不純的離子如B、As、P或BF2被注入半導(dǎo)體襯底中。如果上述等離子體侵蝕被應(yīng)用到溝槽的側(cè)壁，則溝槽側(cè)壁上的離子濃度急劇減少。因此，閾值電壓(Vt)降到不理想的低水平，導(dǎo)致器件故障。
第二，如果利用HDP氧化物層填充溝槽，具有小原子尺寸的氫(H2)滲透到柵極絕緣層和半導(dǎo)體襯底的界面。這將降低循環(huán)特性并導(dǎo)致周邊區(qū)域中元件的失效。
第三，如果利用具有較好填充特性的SOG進(jìn)行溝槽的填充，由等離子體侵蝕和氫氣(H2)滲透導(dǎo)致的柵極絕緣層和半導(dǎo)體襯底的界面特性降低可得以阻止，但是由于SOG不是固化材料，因此需要后續(xù)的退火過程。
為了制造高度集成的器件，需要在具有狹窄寬度的溝道(即有源區(qū)域)上形成絕緣層，并且在柵極絕緣層上形成浮動?xùn)?。然而，在溝槽被SOG填充以后，如果實施后續(xù)退火過程，則通常被用作半導(dǎo)體襯底和浮動?xùn)挪牧系亩嗑Ч鑼颖谎趸?，增加了柵極絕緣層的厚度。
如果如上所述柵極絕緣層的厚度增加，則單元的程序和擦除操作速度被降低。此外，由于氧化層的增加，其特性是難以預(yù)知非純的柵極絕緣層，這可導(dǎo)致讀寫操作的失敗。
第四，如果氮化物層沉積在溝槽的側(cè)壁上，可防止由于等離子體侵蝕造成注入的雜質(zhì)擴(kuò)撒，并且可阻止氫的滲透。
圖1是說明在溝槽中形成氮化物層和在溝槽中不形成氮化物層時，依賴于循環(huán)數(shù)的閾值電壓Vt的變化圖。
在圖1中，“a”表示當(dāng)溝槽中不形成氮化物層時程序單元的閾值電壓Vt，“b”表示當(dāng)溝槽中形成氮化物層時程序單元的閾值電壓Vt，“c”表示當(dāng)溝槽中不形成氮化物層時擦除單元的閾值電壓Vt，和“d”表示當(dāng)溝槽中形成氮化物層時擦除單元的閾值電壓Vt。
從圖1中可知，當(dāng)溝槽中形成氮化物層時曲線“b”和“d”中閾值電壓的變化小于當(dāng)溝槽中不形成氮化物層時的曲線“a”和“c”。其顯示出閾值電壓變化小的曲線“b”和“d”具有更好的循環(huán)特性。
然而，由于氮化物層具有非常高的電子陷阱濃度，由于在氮化物層捕獲的電荷，但器件可能錯誤運行，即使在PMOS晶體管的情況下電壓未施加于柵極也如此。
發(fā)明內(nèi)容在一個實施方案中，本發(fā)明涉及一種制造半導(dǎo)體器件的方法，其中通過阻止等離子體侵蝕和氫(H2)滲透可防止單元和周邊電路的故障。
根據(jù)一方面，本發(fā)明提供一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括以下步驟在限定單元區(qū)域和周邊區(qū)域的半導(dǎo)體襯底上形成柵極絕緣層和多晶硅層；蝕刻周邊區(qū)域的多晶硅層、柵極絕緣層和半導(dǎo)體襯底，從而在周邊區(qū)域中的形成第一溝槽；在整個表面形成第一絕緣層，使得第一溝槽被填充，和蝕刻單元區(qū)域的部分第一絕緣層、第一多晶硅層、柵極絕緣層和半導(dǎo)體襯底，從而在單元區(qū)域中形成第二溝槽；在第二溝槽內(nèi)形成側(cè)壁氧化物層和氮化物層，由此側(cè)壁氧化物層和氮化物層被層疊，和用第二絕緣層填充第二溝槽，從而形成隔離層。
根據(jù)另一方面，本發(fā)明提供一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括以下步驟在限定單元區(qū)域和周邊區(qū)域的半導(dǎo)體襯底上形成柵極絕緣層和多晶硅層；蝕刻多晶硅層、柵極絕緣層和半導(dǎo)體襯底以形成溝槽；在溝槽的側(cè)壁中形成氧化物層和氮化物層；除去形成在周邊區(qū)域中的部分或全部氮化物層；和形成絕緣層以填充溝槽。
通過下文結(jié)合附圖所作的詳細(xì)說明，將更加全面的理解本發(fā)明及其許多優(yōu)點。附圖中相同的附圖標(biāo)記表示相同或類似的元件，其中圖1是舉例說明當(dāng)溝槽中形成氮化物層和溝槽中不形成氮化物層時，取決于循環(huán)數(shù)的閾值電壓Vt變化圖。
圖2A～2J是舉例說明根據(jù)本發(fā)明第一實施方案的制造半導(dǎo)體器件的方法的截面圖；和圖3A～3E是舉例說明根據(jù)本發(fā)明第二實施方案的制造半導(dǎo)體器件的方法的截面圖。
實施方案詳述現(xiàn)在將參考附圖結(jié)合一些典型實施方案對本發(fā)明進(jìn)行詳述。
圖2A～2J是舉例說明根據(jù)本發(fā)明第一實施方案的制造半導(dǎo)體器件的方法的截面圖。
參考圖2A，在限定單元區(qū)域和周邊區(qū)域的半導(dǎo)體襯底100中實施離子注入過程以形成溝道。在半導(dǎo)體襯底100上順序形成柵極絕緣層102和用于浮動?xùn)诺牡谝欢嗑Ч鑼?04。
參考圖2B，在第一多晶硅層104上順序形成硬掩模層106和第一光刻膠。硬掩模層106可優(yōu)選利用氮化物層形成。利用光刻工藝蝕刻第一光刻膠，形成第一光刻膠圖案118，通過該圖案暴露周邊區(qū)域的預(yù)定部分。
參考圖2C，在利用第一光刻膠圖案108作為蝕刻掩模對硬掩模層106進(jìn)行蝕刻后，剝離第一光刻膠圖案108。利用圖案化的硬掩模層106作為掩模來蝕刻部分第一多晶硅層104、柵極絕緣層102和半導(dǎo)體襯底100，從而在周邊區(qū)域中形成第一溝槽110。
參考圖2D，在整個表面形成第一絕緣層112，以填充第一溝槽110。第一絕緣層112可優(yōu)選利用SOG、Al2O3、TiO2、TiN或氮化物形成。
參考圖2E，在整個表面上形成第二光刻膠。通過光刻工藝蝕刻第二光刻膠，從而形成第二光刻膠圖案114，通過該圖案暴露單元區(qū)域的預(yù)定部分。
參考圖2F，利用第二光刻膠圖案114作為蝕刻掩模對第一絕緣層112進(jìn)行蝕刻后，剝離第二光刻膠圖案114。圖案化的第一絕緣層112用作硬掩模。利用圖案化的第一絕緣層112作為掩模來蝕刻部分硬掩模層106、第一多晶硅層104、柵極絕緣層102和半導(dǎo)體襯底100，從而在單元區(qū)域中形成第二溝槽116。
參考圖2G，在第二溝槽116的蝕刻過程中，第二溝槽116的側(cè)壁受到侵蝕。為了恢復(fù)受到侵蝕的第二溝槽116和防止半導(dǎo)體襯底100與后續(xù)工藝中形成的氮化物層120的直接連接，在第二溝槽116內(nèi)形成側(cè)壁氧化物層118。其后，為了防止等離子體侵蝕，在第二溝槽116內(nèi)形成氮化物層120，以使側(cè)壁氧化物層118和氮化物層120層疊。氮化物層120可優(yōu)選形成10-300的厚度。
參考圖2H，在整個表面形成第二絕緣層122，使得第二溝槽116被填充。第二絕緣層122可優(yōu)選利用SOG、Al2O3、TiO2、TiN或氮化物形成。
參考圖2I，拋光第二絕緣層122和第一絕緣層112直到硬掩模層106的上表面暴露，形成隔離層124。接著剝離硬掩模層106?？梢酝ㄟ^濕或干蝕刻過程來剝離硬掩模層106。
參考圖2J，為了降低隔離層124的EFH(有效場高度)，隔離層124的上表面被蝕刻。這時，隔離層124的表面在高度上低于第一多晶硅層104的表面。
順序在整個表面上形成介電層126、用作控制柵極的第二多晶硅層128和鎢層130。
如上所述，由于在第二溝槽116內(nèi)形成的氮化物層120作為阻擋層，因此注入離子的濃度不會降低，并且可防止氫(H2)原子滲透到柵極絕緣層102和半導(dǎo)體襯底100之間的界面。
此外，由于氮化物層120可用作阻擋層，即使在利用SOG填充第二溝槽116后實施退火過程，但用作半導(dǎo)體襯底100和浮動?xùn)挪牧系亩嗑Ч鑼涌煞乐贡谎趸?。因此可保持柵極絕緣層102的厚度和隧穿特性沒有變化。
另外，由于氮化物層120只形成在單元區(qū)域，因此只在周邊電路的PMOS晶體管中發(fā)生的電荷捕獲問題可得到解決，并因此可防止PMOS晶體管的故障。
圖3A～3E是舉例說明根據(jù)本發(fā)明第二實施方案的制造半導(dǎo)體器件的方法的截面圖。
參考圖3A，在限定單元區(qū)域和周邊區(qū)域的半導(dǎo)體襯底200中實施離子注入過程，以形成溝道。在半導(dǎo)體襯底200上順序形成柵極絕緣層202、用作浮動?xùn)诺牡谝欢嗑Ч鑼?04、硬掩模層206和光刻膠。硬掩模層206可利用氮化物層形成。通過光刻工藝蝕刻光刻膠，從而形成光刻膠圖案208，通過該圖案暴霹單元區(qū)域和周邊區(qū)域的預(yù)定部分。
參考圖3B，在利用光刻膠圖案208作為蝕刻掩模對硬掩模層206進(jìn)行蝕刻后，剝離光刻膠圖案208。利用圖案化的硬掩模層206為作掩模來蝕刻部分第一多晶硅層204、柵極絕緣層202和半導(dǎo)體襯底200，形成溝槽210。
參考圖3C，在蝕刻溝槽210的過程中溝槽210的側(cè)壁被侵蝕。為了恢復(fù)受到侵蝕的溝槽210和防止半導(dǎo)體襯底200與后續(xù)工藝中形成的氮化物層214的直接結(jié)合，在第二溝槽210內(nèi)形成側(cè)壁氧化物層212。
其后，為了防止等離子體侵蝕，在溝槽210內(nèi)形成氮化物層214，使得側(cè)壁氧化物層212和氮化物層214層疊。氮化物層214可優(yōu)選形成10-300的厚度。這時，在單元區(qū)域形成的氮化物層214厚度優(yōu)選大于在周邊區(qū)域中形成的氮化物層214的厚度。
雖然沒在圖中顯示，但是在周邊電路的某些晶體管區(qū)域(即NMOS晶體管區(qū)域和部分PMOS晶體管區(qū)域，其中由于氮化物層214捕獲的電荷，甚至在電壓未施加于柵極時器件運行)中形成的氮化物層214被除去。氮化物層214可通過濕或干蝕刻過程除去。
如上所述，氮化物層214在某些晶體管區(qū)域的溝槽210內(nèi)形成(周邊電路的部分PMOS晶體管區(qū)域)，這樣氮化物層214可防止由于后續(xù)的退火過程造成多晶硅層104中的硼(B)逃逸到外部。
參考圖3D，在整個表面上形成絕緣層，使得溝槽210被掩埋?？蓛?yōu)選利用SOG、Al2O3，TiO2、TiN或氮化物形成絕緣層。拋光絕緣層直到硬掩模層206的上表面暴露，從而形成隔離層216。接著剝離硬掩模層206?？梢酝ㄟ^濕或干蝕刻過程剝離硬掩模層206。
參考圖3E，為了降低隔離層216的EFH，隔離層216的上表面被蝕刻。這時，隔離層216的表面在高度上低于第一多晶硅層204的表面。在整個表面上順序形成介電層218、用作控制柵極的第二多晶硅層220和鎢層222。
如上所述，發(fā)明應(yīng)用于快閃存儲器件。然而，本發(fā)明可應(yīng)用于包括周邊電路和單元區(qū)域的PMOS晶體管的所有器件，從而防止器件的故障。
此外，對于DRAM的情況，單元由高集成水平的NMOS晶體管形成，并且驅(qū)動單元的周邊電路被用于NMOS晶體管和PMOS晶體管。因此利用本發(fā)明可以形成有效的溝槽。
如上所述，本發(fā)明具有至少以下優(yōu)點。
第一，由于在單元區(qū)域的溝槽中形成的氮化物層可用作阻擋層，注入的離子濃度不會減少，并且可防止等離子體侵蝕。
第二，氮化物層可以防止氫(H2)原子滲透進(jìn)入到柵極絕緣層和半導(dǎo)體襯底100的界面。
第三，由于氮化物層可用作阻擋層，即使在利用SOG填充第二溝槽后實施退火，但用作半導(dǎo)體襯底100和浮動?xùn)艠O材料的多晶硅層可防止被氧化。因此可保持柵極絕緣層的厚度和隧穿特性沒有變化。
第四，由于氮化物層只在單元區(qū)域形成，可防止周邊區(qū)域PMOS晶體管的故障。
第五，具有高集成水平的單元區(qū)域的溝槽可利用現(xiàn)有的填充設(shè)備而無需額外的設(shè)備即可容易地進(jìn)行填充。
雖然實際的典型實施方案對本發(fā)明進(jìn)行描述，但本發(fā)明并不限于所公開的實施方案，相反地，本發(fā)明旨在覆蓋包括在所附權(quán)利要求
的精神和范圍中的各種修改和等價物。
權(quán)利要求
1.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，所述方法包括步驟在限定單元區(qū)域和周邊區(qū)域的半導(dǎo)體襯底上形成柵極絕緣層和多晶硅層；蝕刻周邊區(qū)域的多晶硅層、柵極絕緣層和半導(dǎo)體襯底以在周邊區(qū)域中形成第一溝槽；形成第一絕緣層以填充第一溝槽；蝕刻單元區(qū)域的第一絕緣層、第一多晶硅層、柵極絕緣層和半導(dǎo)體襯底以在單元區(qū)域中形成第二溝槽；在第二溝槽的側(cè)壁中形成絕緣隔離物；和形成第二絕緣層以填充第二溝槽，
2.權(quán)利要求
1的方法，包括利用SOG、Al2O3、TiO2、TiN或氮化物形成第一絕緣層和第二絕緣層中的至少之一。
3.權(quán)利要求
1的方法，其中絕緣隔離物由氧化物層和氮化物層形成。
4.權(quán)利要求
3的方法，包括形成厚度為10～300的氮化物層。
5.權(quán)利要求
1的方法，包括在隔離層形成之后，進(jìn)一步蝕刻隔離層的上表面。
6.權(quán)利要求
5的方法，其中已經(jīng)被進(jìn)一步蝕刻的隔離層表面高度低于多晶硅層的表面。
7.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，所述方法包括步驟在限定單元區(qū)域和周邊區(qū)域的半導(dǎo)體襯底上形成柵極絕緣層和多晶硅層；蝕刻多晶硅層、柵極絕緣層和半導(dǎo)體襯底以形成溝槽；在溝槽的側(cè)壁中形成氧化物層和氮化物層；除去周邊區(qū)域中形成的部分或者全部氮化物層；和形成絕緣層以填充溝槽。
8.權(quán)利要求
7的方法，包括利用SOG、Al2O3、TiO2、TiN或氮化物形成絕緣層。
9.權(quán)利要求
7的方法，包括形成厚度為10～300的氮化物層。
10.權(quán)利要求
7的方法，其中在單元區(qū)域中形成的氮化物層較周邊區(qū)域中的氮化物層的厚度大。
11.權(quán)利要求
7的方法，包括通過濕蝕刻過程或干蝕刻過程除去氮化物層。
12.權(quán)利要求
7的方法，包括在形成隔離層之后，進(jìn)一步蝕刻隔離層的上表面。
13.權(quán)利要求
12的方法，其中已經(jīng)進(jìn)一步蝕刻的隔離層表面高度低于多晶硅層的表面。
專利摘要
一種制造半導(dǎo)體器件的方法，其中在限定單元區(qū)域和周邊區(qū)域的半導(dǎo)體襯底上形成柵極絕緣層和多晶硅層。蝕刻周邊區(qū)域的部分多晶硅層、柵極絕緣層和半導(dǎo)體襯底，從而在周邊區(qū)域中形成第一溝槽。在整個表面上形成第一絕緣層，以填充第一溝槽。蝕刻單元區(qū)域的部分第一絕緣層、第一多晶硅層、柵極絕緣層和半導(dǎo)體襯底，從而在單元區(qū)域中形成第二溝槽。在第二溝槽內(nèi)形成側(cè)壁氧化物層和氮化物層，使得側(cè)壁氧化物層和氮化物層被層疊。利用第二絕緣層填充第二溝槽以形成隔離層。由于可防止等離子體的侵蝕和氫(H
文檔編號H01L21/762GK1996573SQ200610145280
公開日2007年7月11日 申請日期2006年11月24日
發(fā)明者安正烈, 金占壽 申請人:海力士半導(dǎo)體有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan